CN202486328U - 空间矢量法地下金属管线位置探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：包括间隔0.1-2m且水平排列的两个磁场传感器组、信号调理单元、模数转换器、中央处理单元和人机界面，其中两个磁场传感器组分别设置在连杆的两端，每个磁场传感器组的输出端分别经信号调理单元和模数转换器接中央处理单元，中央处理单元与人机界面连接。本装置由两个磁场传感器组感应金属管线辐射出的磁场信号，由信号调理单元对其进行放大、混频、滤波和信号切换，调理过的模拟信号转变为数字信号后输送到中央处理单元进行反演和运算，得到待测金属管线的敷设信息，并在人机界面进行显示。本实用新型能够实时测量和直观显示金属管线的位置、深度和走向，操作简单，精度高。

Description

空间矢量法地下金属管线位置探测装置

技术领域

本实用新型提供一种空间矢量法地下金属管线位置探测装置，属于金属管线探测技术领域。

背景技术

金属管线或电缆(电缆的金属护层及导电芯线相当于金属管线)一般敷设于地下，当需要对其工程施工时，如对电缆的割接或故障修复、管道的开口及维护等，需要探测其敷设位置，当需要对一定区域进行地面开挖前，亦需要事先探测地面下的金属管线电缆，标定其位置和深度，以免在地面开挖中造成其损坏。针对上述问题，现有的技术方案有：

1)传统的金属管线探测技术，一般是通过信号发生器向金属管线发送某一种频率的音频电流信号，金属管线向外辐射同频磁场，由接收机的传感线圈感应磁场信号，放大后经耳机或表头输出，通过判断信号幅值的大小来判断金属管线的位置，根据传感线圈放置方向的不同，有音峰法和音谷法之区别。使用音峰法时，线圈垂直于金属管线，平行于地面，金属管线正上方时信号最强，两侧减弱；使用音谷法时，线圈垂直于金属管线，也垂直于地面，金属管线正上方时信号最弱，两侧一定位置信号最强。这两种方法均不能直接表示出金属管线的位置，而必须靠操作者通过分析信号幅值的变化规律来判断金属管线的位置。探测效率低、工作强度高(尤其在金属管线复杂地区和嘈杂环境中)、而且对操作者的经验有较高要求。

2)公告日为2007年9月12日、公告号为CN100337127C的中国专利中公开了一种“在金属管线探测中直观指示金属管线位置的方法及其装置”，通过两个成一定角度排列的传感线圈，感应发射机加在金属管线上的交流电流产生的磁场辐射，两个线圈感应到的信号分别放大、滤波，再分别进行AD转换，AD转换后的数据进行傅里叶分析，解算出两个磁场信号的水平和垂直分量的幅值和相位，根据两分量是同相还是反相来判断金属管线处于传感线圈的左侧还是右侧，并由指示器进行明确的指示。这种方法采用数字化处理，能直观指示金属管线的左右方向，在很大程度上解决了传统方法和装置的不足，但仍需要在探测过程中不断将接收传感器左右移动横切金属管线，才能根据左右方向指示找到金属管线的准确位置，不能直接指示金属管线的具体位置。

3)传统的金属管线测深方法，为60％法(或80％法)测深和45°法测深。

60％法深度测量：传感线圈水平放置，首先用音峰法找到信号幅值最强的点，记下幅值数，然后左右水平移动传感器，找到左右两侧信号幅值减弱到最大幅值60％的点，则两点之间的距离等于金属管线深度的2倍。

80％法深度测量：同60％法类似，区别在于需找到左右两侧信号幅值减弱到最大幅值80％的点，两点之间的距离等于金属管线深度。

45°法深度测量：在金属管线两侧，分别反方向调整传感线圈方向，使传感器轴线与地面成45°夹角，横切路径，在两侧分别找到信号幅值最弱的点，则两点之间的距离为金属管线埋设深度的2倍。

传统方法尤其是60％法(或80％法)的优点是比较精确，易于排除临近金属管线的干扰，但缺点是操作比较繁琐。

4)改进的测深方法：使用两个上下间隔一定距离排列的水平线圈，下线圈感应到的信号大于上线圈，根据两线圈感应到的信号差异和两者的距离，能够计算出金属管线和下线圈间的距离(即深度)。此方法的优点：操作简便，当探测线圈位于金属管线正上方时，即可以按键指令探测仪自动计算深度；缺点是：只有当探测线圈位于金属管线正上方时此公式才有效，从而不能实时测深；在深度较小时尚满足要求，随深度的增加误差急剧上升。若需提高精度，需大幅度提高测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能克服上述缺陷、可以实时指示金属管线位置、深度和走向的空间矢量法地下金属管线位置探测装置。其技术方案为：

一种空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：包括间隔0.1-2m且水平排列的两个磁场传感器组、信号调理单元、模数转换器、中央处理单元和人机界面，其中两个磁场传感器组分别设置在连杆的两端，每个磁场传感器组的输出端分别经信号调理单元和模数转换器接中央处理单元，中央处理单元与人机界面连接。

所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，每个磁场传感器组内包含两个相互正交排列的磁场传感器，两个磁场传感器的轴线分别与X、Y轴重合或平行，其中X轴为两个磁场传感器组的连线、且与地面水平，Y轴垂直于地面。

所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，每个磁场传感器组内包含三个相互正交排列的磁场传感器。

所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，磁场传感器采用线圈、巨磁阻磁场传感器、光纤磁场传感器或纳米磁场传感器。

所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，信号调理单元包含信号放大器、混频器、滤波器和信号切换器，其中磁场传感器的输出端经信号放大器分别接信号切换器和混频器，混频器的输出端接信号切换器，信号切换器的输出端接模数转换器。

所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，模数转换器采用多通道∑-Δ型A/D转换器。

其工作原理为：两个磁场传感器组感应金属管线辐射出的磁场信号，并将信号输出到信号调理单元进行放大、混频、滤波和信号切换，然后转变为数字信号输出到中央处理单元进行反演和运算，最后由人机界面进行显示。

本实用新型与现有技术相比，其优点是：

1、对金属管线深度的测量更为精确：若需要达到和已有方法相同的测深精度，对采集原始信号的精度要求降低，从而能够简化设计、降低工艺要求，简化调试过程，降低成本；或在不改变采集精度的情况下，达到比已有方法更高的测深精度。

2、在测深时无须要求装置必须位于金属管线正上方，能够实时测量和直观显示金属管线的位置。

附图说明

图1是本实用新型装置实施例的结构示意图。

图2是本实用新型的工作原理框图。

图3是本实用新型装置中磁场传感器组另一实施例的结构示意图。

图中：1、磁场传感器组  2、磁场传感器  3、基座  4、连杆  5、LED指示器  6、壳体  7、撑杆  8、人机界面  9、中央处理单元  10、模数转换器  11、信号放大器12、混频器  13、滤波器  14、信号切换器  15、时钟模块

具体实施方式

在图1～2所示的实施例中：两个磁场传感器组1间隔1m且水平排列。每个磁场传感器组1均包括一个基座3和两个设置在基座3上、且相互正交排列的磁场传感器2，两个磁场传感器组1经设有LED指示器5的连杆4与壳体6固定连接，人机界面8经撑杆7安装在壳体6的上方；壳体6内安装有中央处理单元9、模数转换器10、信号放大器11、混频器12、滤波器13、信号切换器14和时钟模块15，其中每个磁场传感器2均由安装于基座3相对两侧的2个空心线圈串联而成，用于分别检测磁场的X轴、Y轴分量，模数转换器10采用多通道∑-Δ型A/D转换器，两个磁场传感器组1中每个磁场传感器2的输出端均对应经信号放大器11分别接信号切换器14和混频器12，混频器12的输出端接信号切换器14，信号切换器14经模数转换器10接中央处理单元9的输入端。

在图3所示的实施例中：每个磁场传感器组1均包括一个基座3和三个设置在基座3上、且相互正交排列的磁场传感器2，每个磁场传感器2均由安装于基座3相对两侧的2个空心线圈串联而成，用于分别检测磁场的X轴、Y轴和Z轴分量。

Claims (6)

1.一种空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：包括间隔0.1-2m且水平排列的两个磁场传感器组(1)、信号调理单元、模数转换器(10)、中央处理单元(9)和人机界面(8)，其中两个磁场传感器组(1)分别设置在连杆(4)的两端，每个磁场传感器组(1)的输出端分别经信号调理单元和模数转换器(10)接中央处理单元(9)，中央处理单元(9)与人机界面(8)连接。

2.如权利要求1所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：每个磁场传感器组(1)内包含两个相互正交排列的磁场传感器(2)，两个磁场传感器(2)的轴线分别与X、Y轴重合或平行，其中X轴为两个磁场传感器组的连线、且与地面水平，Y轴垂直于地面。

3.如权利要求1所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：每个磁场传感器组(1)内包含三个相互正交排列的磁场传感器(2)。

4.如权利要求2或3所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：磁场传感器(2)采用线圈、巨磁阻磁场传感器、光纤磁场传感器或纳米磁场传感器。

5.如权利要求1所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：信号调理单元包含信号放大器(11)、混频器(12)、滤波器(13)和信号切换器(14)，其中磁场传感器(2)的输出端经信号放大器(11)分别接信号切换器(14)和混频器(12)，混频器(12)的输出端接信号切换器(14)，信号切换器(14)的输出端接模数转换器(10)。

6.如权利要求1所述的空间矢量法地下金属管线位置探测装置，其特征在于：模数转换器(10)采用多通道∑-Δ型A/D转换器。

Images